CN104862846A - 一种层次结构纳米纱及其制备装置和制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种层次结构纳米纱的制备装置，包括依次设置的芯纱输出装置、气泡纺微米纤维装置、第一凝固浴装置、第一导纱器、气泡纺纳米纤维装置、第二凝固浴装置、第二导纱器和收集装置。与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明能够制备出机械强度高且具有纳米纤维特性的层次结构纳米纱，同时具有纳米纤维特殊功能又具有可承受传统纺织加工强度的纳米纱，加捻效果好且加捻强度可控制，单根纳米纱的机械强度高，能用于传统的纺织加工，满足生产和生活的需要。

Description

一种层次结构纳米纱及其制备装置和制备方法
技术领域
本发明属于特种纤维制备技术领域，具体是一种层次结构纳米纱及其制备装置和制备方法。
背景技术   
随着纳米科学技术的发展，纺织行业开始关注纳米纱的生产与应用，与传统纤维纱相比，纳米纱具有非常奇特的特性，如小孔径，大比表面积，很好的隔温保暖特性、超强的透气透湿特性，并可广泛应用于生物医学、航空航天、军事、环境、微电子等领域、组织支架、增强复合材料、现代纺织工程以及其他前端科技。纳米纱是指加捻的纳米纤维束或取向纳米纤维的集合体。纳米纤维包缠在传统纱线外表叫包缠纳米纱，它同时具备母纱的机械特性和纳米纤维的各类特性，是一种经济的制备方法。
目前广泛使用的纳米纱制备方法有旋转喷嘴法来加捻由静电纺丝产生的纳米纤维、接收器旋转生成纳米纱、动态水浴法（不适用于水溶性纳米纤维，另外从实验结果看，加捻效果并不明显，这主要是由于水产生的涡强很小，并且涡强大小也很难控制）、纳米涂层纱线等如中国专利CN200910099350、CN102973333A、CN200920121647等；美国专利US007803460，US007354546等，US8926933；世界专利WO2006123879 (A1)，WO2006052039 (A1)等。但无论是旋转喷嘴或接收器纺纳米纱方法，由于单根纳米纤维很容易断裂，存在纺纳米纱效率低，产量低等缺点，这种方法目前还不能成为生产纳米纱的主流方法，制约了纳米纱的应用和进一步发展。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种层次结构纳米纱及其制备装置和制备方法，能够制备出同时具有纳米纤维特殊功能又具有可承受传统纺织加工强度的纳米纱，能用于传统的纺织加工。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种层次结构纳米纱的制备装置，包括依次设置的芯纱输出装置、气泡纺微米纤维装置、第一凝固浴装置、第一导纱器、气泡纺纳米纤维装置、第二凝固浴装置、第二导纱器和收集装置。
所述气泡纺微米纤维装置为转杯式气泡纺微米纤维装置或涡流式气泡纺微米纤维装置，所述转杯式气泡纺微米纤维装置采用的为申请号CN201320720942.8中记载的转杯式气泡纺微米纤维装置；涡流式气泡纺微米纤维装置采用的为申请号为CN 201320720637.9中记载的涡流式气泡纺微米纤维装置。
所述气泡纺纳米纤维装置为转杯式气泡纺纳米纤维装置或涡流式气泡纺纳米纤维装置；所述转杯式气泡纺纳米纤维装置采用的为申请号CN201320720942.8中记载的转杯式气泡纺纳米纤维装置；涡流式气泡纺纳米纤维装置采用的为申请号为CN 201320720637.9中记载的涡流式气泡纺纳米纤维装置。
一种层次结构纳米纱的制备方法，包括以下步骤：（1）将芯纱输出装置上的芯纱以0.01m~1000/min的速度输出；当芯纱经过气泡纺微米纤维装置时，在气流的作用下将微米纤维加捻并包缠在芯纱的外层，制得具有微米纤维层次包缠结构的微米纱；（2）所述步骤（1）制得的微米纱依次经过第一凝固浴装置和第一导纱器，微米纱凝固后被第一导纱器送入气泡纺纳米纤维装置；（3）在气流的作用下气泡纺纳米纤维装置将纳米纤维加捻并包缠在微米纱的外层，制得具有纳米纤维层次包缠结构的纳米纱；（4）所述步骤（3）制得的纳米纱依次经过第二凝固浴装置和第二导纱器，纳米纱凝固后被第二导纱器卷绕到收集装置上，得到层次结构纳米纱。
一种层次结构纳米纱，所述层次结构纳米纱的透气性为0.15~2.2mL﹒g-1﹒h-1、透湿性为0.5mg﹒h-1~2.5mg﹒h-1。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：①本发明能够制备出机械强度高且具有纳米纤维特性的层次结构纳米纱，同时具有纳米纤维特殊功能又具有可承受传统纺织加工强度的纳米纱，加捻效果好且加捻强度可控制，单根纳米纱的机械强度高，能用于传统的纺织加工，满足生产和生活的需要；②本发明设备简单，易操作，适应性强、无需使用静电，不会产生静电污染和对人体造成的伤害、大大缩短了层次结构纳米纱的制备工艺、能够规模化、批量化生产，从而提高纳米纱的生产效率和产量；③制备出仿蚕茧结构的层次结构特征的纳米纱，具有优越的透气透湿性能；④本发明制备的纳米纱中添加纳米SiO2、纳米ZnO、纳米SiO2等添加剂，使层次结构纳米纱具有不粘水、不粘汗的特点，当其与人肌肤接触时，形成的是互不相粘的爽身感，极大地提高了其后续产品的穿着舒适度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施案例，进一步阐述本发明，而这些实施案例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。同时在阅读本发明讲述的内容后，本领域的技术人员可以对本发明做各种改动或修改，这些等价形式同样属于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例层次结构纳米纱的制备装置，包括依次设置的芯纱输出装置1、气泡纺微米纤维装置2、第一凝固浴装置3、第一导纱器4、气泡纺纳米纤维装置5、第二凝固浴装置6、第二导纱器7和收集装置8。
本实施例气泡纺微米纤维装置为转杯式气泡纺微米纤维装置；气泡纺纳米纤维装置为转杯式气泡纺纳米纤维装置。
本实施例层次结构纳米纱的制备方法，包括以下步骤：
（1）将芯纱输出装置上的尼龙长丝以30m/min的速度输出，当尼龙长丝经过转杯式气泡纺微米纤维装置时，在贮液池中注入溶液，打开气泵，则液体气泡从导气管中排出，液面出现有规律的气泡状凸起；调节热气流到一定流量，在热气流的作用下，射流从气泡顶端射出，在气流的作用下对所产生的微米纤维进行加捻，在尼龙长丝的表面形成具有微米纤维层次包缠结构的微米纱；（2）所述步骤（1）制得的微米纱依次经过第一凝固浴装置和第一导纱器，微米纱凝固后被第一导纱器送入气泡纺纳米纤维装置；（3）当微米纱经过转杯式气泡纺纳米纤维装置时，在贮液池中注入溶液，打开气泵，则液体气泡从导气管中排出，液面出现有规律的气泡状凸起；调节热气流到一定流量，在热气流的作用下，射流从气泡顶端射出，在气流的作用下对所产生的纳米纤维进行加捻，微米纱的表面在气流的作用下气泡纺纳米纤维装置将纳米纤维加捻并包缠在微米纱的外层，制得具有纳米纤维层次包缠结构的纳米纱；（4）所述步骤（3）制得的纳米纱依次经过第二凝固浴装置和第二导纱器，纳米纱凝固后被第二导纱器卷绕到收集装置上，得到层次结构纳米纱。
本实施例所述层次结构纳米纱的透气性为0.15mL﹒g-1﹒h-1、透湿性为0.5mg﹒h-1。
尼龙长丝强度高，伸长能力强，耐磨性好，但水分吸收性，耐光、热性能差，从内到外依次包覆有层次结构的微米纤维和纳米纤维能够充分发挥纳米纤维的特殊性能，并保持其强度。
本实施例气泡纺微米纤维装置和气泡纺纳米纤维制备装置的溶液涵盖PVA、PEO、PES等所有能够纺丝的聚合物溶液；本实施例纺微米纤维装置和纺纳米纤维装置也可以采用静电纺丝方法、熔融法或海岛法。
本实施例中芯纱输出装置数量不限，可以根据不同的芯纱进行设计，芯纱可以是单纱，也可以是股线，可以根据不同的需要设置。
实施例2
如图1所示，本实施例层次结构纳米纱的制备装置，包括依次设置的芯纱输出装置1、气泡纺微米纤维装置2、第一凝固浴装置3、第一导纱器4、气泡纺纳米纤维装置5、第二凝固浴装置6、第二导纱器7和收集装置8。
本实施例气泡纺微米纤维装置为涡流式气泡纺微米纤维装置；气泡纺纳米纤维装置为涡流式气泡纺纳米纤维装置。
本实施例层次结构纳米纱的制备方法，包括以下步骤：
（1）将芯纱输出装置上的蚕丝以60m/min的速度输出，当蚕丝经过涡流式气泡纺微米纤维装置时，在贮液池中注入溶液，打开气泵，则液体气泡从导气管中排出，液面出现有规律的气泡状凸起；调节热气流到一定流量，在热气流的作用下，射流从气泡顶端射出，在气流的作用下对所产生的微米纤维进行加捻，在蚕丝的表面形成具有微米纤维层次包缠结构的微米纱；（2）所述步骤（1）制得的微米纱依次经过第一凝固浴装置和第一导纱器，微米纱凝固后被第一导纱器送入气泡纺纳米纤维装置；（3）当微米纱经过涡流式气泡纺纳米纤维装置时，在贮液池中注入溶液，打开气泵，则液体气泡从导气管中排出，液面出现有规律的气泡状凸起；调节热气流到一定流量，在热气流的作用下，射流从气泡顶端射出，在气流的作用下对所产生的纳米纤维再包缠有含有纳米SiO2、纳米ZnO、纳米SiO2纳米颗粒的加捻纳米纤维，微米纱的表面在气流的作用下气泡纺纳米纤维装置将含有纳米SiO2、纳米ZnO、纳米SiO2纳米颗粒的纳米纤维加捻并包缠在微米纱的外层，制得具有纳米纤维层次包缠结构的纳米纱；（4）所述步骤（3）制得的纳米纱依次经过第二凝固浴装置和第二导纱器，纳米纱凝固后被第二导纱器卷绕到收集装置上，得到层次结构纳米纱。
本实施例所述层次结构纳米纱的透气性为2.2mL﹒g-1﹒h-1、透湿性为2.5mg﹒h-1。
蚕丝吸湿能力强，强度和伸长性能优良，包缠有层次结构的纳米纱后其透气性能大大提高，结合纳米添加剂不粘水、不粘汗的特点，当其与人肌肤接触时，形成的是互不相粘的爽身感，极大地提高了其后续产品的穿着舒适度。
本实施例气泡纺微米纤维装置和气泡纺纳米纤维制备装置的溶液涵盖PVA、PEO、PES等所有能够纺丝的聚合物溶液；本实施例纺微米纤维装置和纺纳米纤维装置也可以采用静电纺丝方法、熔融法或海岛法。
本实施例中芯纱输出装置数量不限，可以根据不同的芯纱进行设计，芯纱可以是单纱，也可以是股线，可以根据不同的需要设置。

Claims (5)

1.一种层次结构纳米纱的制备装置，其特征在于：包括依次设置的芯纱输出装置（1）、气泡纺微米纤维装置（2）、第一凝固浴装置（3）、第一导纱器（4）、气泡纺纳米纤维装置（5）、第二凝固浴装置（6）、第二导纱器（7）和收集装置（8）。
2.根据权利要求1所述的层次结构纳米纱的制备装置，其特征在于：所述气泡纺微米纤维装置为转杯式气泡纺微米纤维装置或涡流式气泡纺微米纤维装置。
3.根据权利要求1所述的层次结构纳米纱的制备装置，其特征在于：所述气泡纺纳米纤维装置为转杯式气泡纺纳米纤维装置或涡流式气泡纺纳米纤维装置。
4.一种权利要求1-3任一所述的层次结构纳米纱的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将芯纱输出装置上的芯纱以0.01m~1000/min的速度输出；当芯纱经过气泡纺微米纤维装置时，在气流的作用下将微米纤维加捻并包缠在芯纱的外层，制得具有微米纤维层次包缠结构的微米纱；（2）所述步骤（1）制得的微米纱依次经过第一凝固浴装置和第一导纱器，微米纱凝固后被第一导纱器送入气泡纺纳米纤维装置；（3）在气流的作用下气泡纺纳米纤维装置将纳米纤维加捻并包缠在微米纱的外层，制得具有纳米纤维层次包缠结构的纳米纱；（4）所述步骤（3）制得的纳米纱依次经过第二凝固浴装置和第二导纱器，纳米纱凝固后被第二导纱器卷绕到收集装置上，得到层次结构纳米纱。
5.一种权利要求4所述的层次结构纳米纱，其特征在于：所述层次结构纳米纱的透气性为0.15~2.2mL﹒g-1﹒h-1、透湿性为0.5mg﹒h-1~2.5mg﹒h-1。
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